Особенности солюбилизирующего действия амфифильных соединений при обессмоливании целлюлозы

  • Р. А. Смит Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизай на https://orcid.org/0000-0002-9665-4636
  • Е. Ю. Демьянцева Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна https://orcid.org/0000-0001-9570-1827
  • О. С. Андранович Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна https://orcid.org/0000-0002-7947-7068
  • А. П. Филиппов Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна; Институт высокомолекулярных соединений РАН https://orcid.org/0000-0002-8729-6275
Ключевые слова: солюбилизация, обессмоливание целлюлозы, липаза, поверхностно-активные вещества

Аннотация

Необходимость совершенствования существующей технологии обессмоливания целлюлозы (снижения расхода использующихся при этом проверхностно-активных веществ и уменьшения экологической нагрузки) – обусловила сочетание существующих методов удаления смолы с ферментативной обработкой. Основой механизма обессмоливания целлюлозы амфифильными соединениями является процесс солюбилизации смолистых веществ, поэтому установление закономерностей данного процесса и его регулирование предопределяют успешность реализации выбранной технологии. С использованием спектрофотометрии, рН-метрии и метода динамического светорассеяния исследованы особенности солюбилизации триолеина и канифоли в системах на основе индивидуальных неионогенных поверхностно-активных веществ, фермента липазы, а также их синергетических смесей с определением солюбилизационных емкостей мицелл и возможного механизма встраивания в них солюбилизата. Установлено, что синтамид-5 обладает невысокой обессмоливающей способностью, несмотря на высокую солюбилизационную емкость его мицелл и получение агрегатов с гидродинамическим радиусом до 98 нм после диффузии канифоли в них. Вероятно, для успешного обессмоливания целлюлозных полуфабрикатов более предпочтительны компактные мицеллярные структуры с развитой поверхностью, которые реализуются в смешанных системах амфифильных соединений, в том числе с присутствием в них синтамида-5. Введение липазы приводит к увеличению солюбилизационной емкости смешанных агрегатов и возрастанию интенсивности встраивания молекул солюбилизата. При этом в зависимости от природы амфифильного соединения имеет место различный механизм встраивания солюбилизата в мицеллы. Определение размеров ассоциатов в смешанных системах показало отсутствие денатурации фермента, что прогнозирует успешное применение таких кооперативных систем для обессмоливания волокнистых полуфабрикатов. Установлено, что солюбилизирующая способность изучаемых систем на объектах, моделирующих смолу, коррелируется с их обессмоливающей способностью относительно различных волокнистых полуфабрикатов.
Для цитирования: Смит Р.А., Демьянцева Е.Ю., Андранович О.С., Филиппов А.П. Особенности солюбилизирующего действия амфифильных соединений при обессмоливании целлюлозы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 1 . С. 180–191. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-180-191
Благодарность: За содействие в проведении исследования ферментного препарата методом электрофореза в полиакриламидном геле авторы благодарят ведущего инженера лаборатории № 5 ИВС РАН В.В. Захарова.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Р. А. Смит, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизай на

аспирант; ResearcherID: O-2661-2019

Е. Ю. Демьянцева, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна

канд. хим. наук, доц.; ResearcherID: P-5165-2019

О. С. Андранович, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна

аспирант; ResearcherID: P-5570-2019

А. П. Филиппов, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна; Институт высокомолекулярных соединений РАН

д-р физ.-мат. наук; ResearcherID: A-9157-2013

Литература

Акимова Г.С., Курзин А.В., Павлова О.С., Евдокимов А.Н. Химия и технология компонентов сульфатного мыла. СПб.: СПбГТУРП, 2008. 104 с. [Akimova G.S., Kurzin A.V., Pavlova O.S., Evdokimov A.N. Chemistry and Technology of Sulphate Soap Components. Saint Petersburg, HSTE Publ., 2008. 104 p.].

Беленова А.С. Исследование закономерностей гидролиза триглицеридов свободной и иммобилизованной липазой: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Воронеж, 2011. 24 с. [Belenova A.S. Study of Triglyceride Hydrolysis Patterns by Free and Immobilized Lipase: Cand. Biol. Sci. Diss. Abs. Voronezh, 2011. 24 p.].

Болотова К.С., Новожилов Е.В. Применение ферментных технологий для повышения экологической безопасности целлюлозно-бумажного производства // Химия растит. сырья. 2015. № 3. С. 5–23. [Bolotova K.S., Novozhilov E.V. Enzymes Application for Improving Ecological Safety of Pulp and Paper Industry. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja [Chemistry of plant raw material], 2015, no. 3, pp. 5–23]. DOI: 10.14258/jcprm.201503575

Волков В.А., Талмуд С.Л. Исследование солюбилизации канифоли в водных рас- творах некоторых поверхностно-активных веществ // Коллоид. журн. 1966. Т. 28, № 3. С. 343–349. [Volkov V.A., Talmud S.L. Study of Rosin Solubilization in Aqueous Solutions of Some Surfactants. Kolloidnyj Zhurnal [Colloid Journal], 1966, vol. 28, no. 3, pp. 343–349].

Горохова И.В. Изучение каталитических свойств липаз, иммобилизованных в гидрофобных средах: дис. ... канд. хим. наук. М., 2003. 134 с. [Gorokhova I.V. Study of the Catalytic Properties of Lipases Immobilized in Hydrophobic Media: Cand. Chem. Sci. Diss. Moscow, 2003. 134 p.].

ГОСТ 6841–77. Целлюлоза. Метод определения смол и жиров. Дата введ. 1979-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1998. 6 с. [State Standard. GOST 6841–77. Cellulose. Method for Determination of Pitch and Fat. Moscow, Izdatel’stvo standartov, 1998. 6 p.].

ГОСТ 19113–84. Канифоль сосновая. Технические условия. Дата введ. 1986-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1999. 5 с. [State Standard. GOST 19113–84. Pine Rosin. Specifications. Moscow, Izdatel’stvo standartov, 1999. 5 p.].

Емельянова М.В., Чухчин Д.Г., Новожилов Е.В. Перспективы использования липазы в целлюлозно-бумажном производстве // Изв. вузов. Лесн. журн. 2007. № 1. С. 111–119. [Emeljanova M.V., Chuhchin D.G., Nоvozhilov E.V. Prospects of Using Lipase in Pulp-and-Paper Production. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2007, no. 1, pp. 111–119]. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/38f/38f6a443ad5e3e8c17862ed53АК968e2bb646.pdf

Задымова Н.М. Жидкофазные дисперсные системы как основа микрогетерогенных полимерных матриц для трансдермальной доставки лекарств: дис. ... д-ра хим. наук. М., 2014. 273 с. [Zadymova N.M. Liquid-Phase Disperse Systems as a Basis of Microheterogeneous Polymeric Matrices for Transdermal Drug Delivery: Dr. Chem. Sci. Diss. Moscow, 2014. 273 p.] URL: http://www.chem.msu.ru/rus/theses/2014-01-21-zadymova/fulltext.pdf

Новожилов Е.В. Пошина Д.Н. Биотехнологии в производстве целлюлозы для химической переработки (обзор) // Химия растит. сырья. 2011. № 3. С. 15–32. [Novozhilov E.V., Poshina D.N. Biotechnology in Dissolving Pulp Production. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja [Chemistry of plant raw material], 2011, no. 3, pp. 15–32].

Печурина Т.Б., Миловидова Л.А., Комарова Г.В., Комаров В.И. Влияние добавок диспергантов на изменение состояния смолы и содержание экстрактивных веществ в лиственной сульфатной целлюлозе // Изв. вузов. Лесн. журн. 2003. № 2-3. С. 68–75. [Pechurina T.B., Milovidova L.A., Komarova G.V., Komarov V.I. Influence of Dispergant Additives on Resin State Changing and Extractives Content in Sulphate Softwood Pulp. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2003, no. 2-3, pp. 68–75]. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/8e6/8e6ebe5a410ec2ec1c64f589cda92dce.pdf

Русанов А.И., Щёкин А.К. Мицеллообразование в растворах поверхностно-активных веществ: моногр. СПб.: Лань, 2016. 612 с. [Rusanov A.I., Shchekin A.K. Micellization in Solutions of Surfactants. Saint Petersburg, Lan’ Publ., 2016. 612 p.].

Смит Р.А., Демьянцева Е.Ю., Андранович О.С. Влияние липазы на мицеллообразующую и солюбилизирующую способность неионогенных поверхностно-активных веществ // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61, вып. 6. С. 54–60. [Smith R.A., Demyantseva E.Yu., Andranovich O.S. Impact of Lipase on Micelle Formation and Solubilization Abilities of Non-Ionic Surfactants. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Seriya: khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [Russian Journal of Chemistry and Chemical Technology], 2018, vol. 61, iss. 6, pp. 54–60]. DOI: 10.6060/tcct.20186106.5696

Смит Р.А., Демьянцева Е.Ю., Андранович О.С. Анализ состояния смолы при обессмоливании сульфатной лиственной целлюлозы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 4. С. 168–178. [Smith R.A., Demyantseva E.Yu., Andranovich O.S. Analysis of the Resin Forms in the Process of the Short Fiber Sulphate Cellulose Deresination. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 4, pp. 168–178]. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.168, URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/a44/168_178.pdf

Хакимова Ф.Х., Ковтун Т.Н., Хакимов Р.Р. Обессмоливание целлюлозы поверхностно-активными веществами на стадии бисульфитной варки // Изв. вузов. Лесн. журн. 2008. № 5. С. 108–113. [Khakimova F.Kh., Kovtun T.N., Khakimov R.R. Pulp Deresination by Surfactants at Bisulfite Pulping Stage. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2008, no. 5, pp. 108–113]. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/f63/f63241d806cb31f-2b65c34d595a942a7.pdf

Delorme V., Dhouib R., Canaan S., Fotiadu F., Carrière F., Cavalier J.-F. Effects of Surfactants on Lipase Structure, Activity, and Inhibition. Pharmaceutical Research, 2011, vol. 28, pp. 1831–1842. DOI: 10.1007/s11095-010-0362-9

Holmberg K. Interactions between Surfactants and Hydrolytic Enzymes. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2018, vol. 168, pp. 169–177. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2017.12.002

Hubbe M.A., Rojas O.J., Venditti R.A. Control of Tacky Deposits on Paper Machines – A Review. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 2006, vol. 21, iss. 2, pp. 154–171. DOI: 10.3183/npprj-2006-21-02-p154-171

Jelińska A., Zagożdżon A., Górecki M., Wisniewska A., Frelek J., Holyst R. Denaturation of Proteins by Surfactants Studied by the Taylor Dispersion Analysis. PLoS ONE, 2017, vol. 12(4), art. e0175838. DOI: 10.1371/journal.pone.0175838

Kamil M., Siddiqui H. Experimental Study of Surface and Solution Properties of Gemini-Conventional Surfactant Mixtures on Solubilization of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon. Modeling and Numerical Simulation of Material Science, 2013, vol. 3, no. 4B, pp. 17–25. DOI: 10.4236/mnsms.2013.34B004

Kratochvíl P. Classical Light Scattering from Polymer Solution. Amsterdam, Elsevier, 1987. 334 p.

Magalhães S.S., Alves L., Sebastião M., Medronho B., Almeida Z.L., Faria T.Q., Brito R.M.M., Moreno M.J., Antunes F.E. Effect of Ethyleneoxide Groups of Anionic Surfactants on Lipase Activity. Biotechnology Process, 2016, vol. 32, iss. 5, pp. 1276–1282. DOI: 10.1002/btpr.2310

McBain M.E.L., Hutchinson E. Solubilization and Related Phenomena. New York, Academic Press, 1955. 257 p.

Mittal K.L. Micellization, Solubilization, and Microemulsions. Vol. 2. New York, Plenum Press, 1977. 460 p. DOI: 10.1007/978-1-4613-4157-4

Otzen D. Protein–Surfactant Interactions: A Tale of Many States. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Proteins and Proteomics, 2011, vol. 1814, iss. 5, pp. 562–591. DOI: 10.1016/j.bbapap.2011.03.003

Reis P., Malmsten M., Nydén M., Folmer B., Holmberg K. Interactions between Lipases and Amphiphiles at Interfaces. Journal of Surfactants and Detergents, 2019, vol. 22, iss. 5, pp. 1047–1058. DOI: 10.1002/jsde.12254

Schärtl W. Light Scattering from Polymer Solutions and Nanoparticle Dispersions. Berlin, Springer, 2007. 191 p. DOI: 10.1007/978-3-540-71951-9

Опубликован
2021-02-26
Как цитировать
Смит, Р., Е. Демьянцева, О. Андранович, и А. Филиппов. Особенности солюбилизирующего действия амфифильных соединений при обессмоливании целлюлозы. Лесной журнал, вып. 1, Feb. 2021, сс. 180-91, doi:10.37482/0536-1036-2021-1-180-191.
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ